大氣輻射學(xué)

內(nèi)容概要

本書根據(jù)作者近年來在中國科學(xué)院(原中國科學(xué)院中國科學(xué)技術(shù)大學(xué))研究生院講授《大氣輻射學(xué)》的講義，改編、擴充而成。全書共分6章，書末有若干附錄。書中全面、系統(tǒng)地描述了太陽輻射和熱輻射在大氣中傳輸?shù)奈锢磉^程和基本規(guī)律以及地氣系統(tǒng)的輻射收支等大氣輻射學(xué)的基本內(nèi)容，側(cè)重于物理概念的闡述和基本計算方法的介紹；還詳細介紹了大氣輻射學(xué)的最新研究成果，特別是輻射氣候?qū)W的最新進展。    本書可供研究生(包括碩士生和博士生)以及從事大氣遙感、大氣輻射和當(dāng)代氣候變化研究的科技人員參考使用。

書籍目錄

《中國科學(xué)院研究生教學(xué)叢書》序序前言緒論第1章  地球大氣組成及其變化  1.1  大氣的熱結(jié)構(gòu)  1.2  大氣壓力隨高度的變化  1.3  大氣組成及其變化    1.3.1  地球大氣的演化    1.3.2  現(xiàn)今地球大氣的組成    1.3.3  大氣組成的變化第2章  大氣輻射過程與輻射性質(zhì)  2.1  熱輻射    2.1.1  熱力學(xué)平衡與局地?zé)崃W(xué)平衡    2.1.2  熱輻射的基本定律  2.2  氣體分子能級躍遷與光譜特性    2.2.1  大氣分子吸收光譜的形成能級與躍遷    2.2.2  振動-轉(zhuǎn)動帶的結(jié)構(gòu)    2.2.3  譜線強度、半寬度和線型  2.3  大氣分子吸收光譜    2.3.1  大氣主要分子的紅外吸收光譜    2.3.2  分子光譜資料匯編  2.4  大氣中粒子的光散射與吸收    2.4.1  球形粒子光散射的Mie理論及其算法    2.4.2  非球形粒子的光散射    2.4.3  分子大氣的Rayleigh散射    2.4.4  氣溶膠和云的光學(xué)特性及其參數(shù)化第3章  單色輻射傳輸問題的解  3.1  輻射傳輸方程    3.1.1  定義    3.1.2  輻射傳輸方程的一般形式  3.2  對于特殊問題的解析解    3.2.1  無散射大氣的形式解    3.2.2  各向同性散射的奇異本征函數(shù)方法  3.3  數(shù)值解法    3.3.1  離散坐標(biāo)法    3.3.2  球諧函數(shù)法    3.3.3  倍加-累加法    3.3.4  逐次散射法    3.3.5  Monte Carlo方法  3.4  近似數(shù)值解法    3.4.1  二流近似    3.4.2  單次散射近似  3.5  三維輻射傳輸數(shù)值方法簡介    3.5.1  輻射場的離散化    3.5.2  球諧函數(shù)離散坐標(biāo)法第4章  輻射傳輸中的光譜積分  4.1  輻射計算的若干問題    4.1.1  透過率與吸收率    4.1.2  非均勻路徑的透過率  4.2  逐線積分模式    4.2.1  引言    4.2.2  積分樣點的選取    4.2.3  半寬度、譜線位置和線強的近似處理    4.2.4  線翼貢獻的截斷  4.3  帶模式    4.3.1  引言    4.3.2  不同線強分布的帶模式平均吸收    4.3.3  洛倫茲線型的帶模式表達式    4.3.4  CG近似在隨機帶模式中的應(yīng)用  4.4  吸收系數(shù)分布(k分布)模式    4.4.1  k分布模式    4.4.2  相關(guān)k分布模式    4.4.3  吸收系數(shù)的溫度依賴關(guān)系及其處理方法    4.4.4  重疊吸收帶    4.4.5  光子路徑長度分布與整帶k分布函數(shù)  4.5  參數(shù)化與經(jīng)驗和半經(jīng)驗方法    4.5.1  地球大氣太陽輻射吸收的參數(shù)化    4.5.2  熱輻射傳輸?shù)谖逭? 地氣系統(tǒng)輻射平衡擾動的簡單模式表達  5.1  地氣系統(tǒng)的輻射平衡  5.2  能量平衡模式    5.2.1  引言    5.2.2  零維能量平衡模式    5.2.3  一維能量平衡模式    5.2.4  二維能量平衡模式    5.2.5  箱室一擴散大氣-海洋能量平衡模式  5.3  輻射-對流模式    5.3.1  模式基本假定    5.3.2  基本方程    5.3.3  方程的求解    5.3.4  反饋過程    5.3.5  模式流程    5.3.6  若干結(jié)果第6章  氣候變化的輻射強迫  6.1  引言    6.1.1  輻射強迫的基本概念    6.1.2  主要的輻射強迫因子及其大小  6.2  大氣溫室氣體的輻射強迫  6.3  大氣氣溶膠的輻射強迫    6.3.1  引言    6.3.2  對流層氣溶膠的輻射-氣候效應(yīng)    6.3.3  火山氣溶膠  6.4  太陽變化的輻射強迫    6.4.1  引言    6.4.2  太陽變化的觀測    6.4.3  太陽總輻射通量密度的重建    6.4.4  太陽變化與地球氣候  6.5  云的輻射強迫    6.5.1  云輻射強迫的概念及云對太陽輻射的“異?！蔽?   6.5.2  云輻射強迫的計算方法    6.5.3  云-輻射氣候效應(yīng)的數(shù)值模擬  6.6  全球增溫潛能    6.6.1  全球增溫潛能(GWP)的科學(xué)定義    6.6.2  GWP的應(yīng)用    6.6.3  GWP的計算方法    6.6.4  全球溫變潛能(GTP)及其計算方法  6.7  人為熱釋放主要參考文獻附錄1  與輻射有關(guān)的物理常數(shù)附錄2  單位與換算附錄3  HITRAN2004分子光譜資料匯編簡介附錄4  大氣氣溶膠折射指數(shù)附錄5  水和冰的復(fù)折射指數(shù)附錄6  地外太陽分光光譜輻射通量密度以及到達地面的太陽輻射通量的簡化計算方法附錄7  目前世界上若干大氣環(huán)流模式中的輻射方案簡介

章節(jié)摘錄

　　第1章　地球大氣組成及其變化　　1.3　大氣組成及其變化　　1.3.1　地球大氣的演化　　地球大氣的誕生及其進化過程，是說明地球系統(tǒng)科學(xué)概念的一個非常恰當(dāng)?shù)睦?。這里所說的地球系統(tǒng)科學(xué)包括了生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)及大氣科學(xué)等。地球大氣的形成與這幾個領(lǐng)域的各種物理、化學(xué)及生物過程的相互作用是密不可分的，從中也可以看到大氣輻射過程所起的作用。伴隨著太陽從嬰兒期、少年期進化為成年期的一顆恒星，在原始太陽系星云中的氣體及塵埃粒子等由于重力作用聚集起來并逐漸變大，最后形成了太陽系的幾大行星。據(jù)說，這一過程大約經(jīng)歷了5000萬年到1億年，從地質(zhì)學(xué)上來看，是很短的一個時期（Graedel and Crutzen，1995）?！　〗?jīng)過最近幾十年的地面和空間觀測，已經(jīng)有可能對太陽系中的類地行星，即地球、金星和火星等所具有的特征進行比較。表1.1列出了地球及其相鄰行星的大氣組成。其中，“行星地球大氣”指用天體物理理論，把地球、金星和火星當(dāng)作一般的太陽系行星，認為它們的大氣形成過程遵循同樣的規(guī)律，根據(jù)它們在太陽系中所處的位置以及它們的質(zhì)量和軌道參數(shù)，由金星和火星大氣組成推斷出來的地球大氣的化學(xué)組成?！皩嶋H地球大氣”是指現(xiàn)在實際上的地球大氣。與實際地球大氣相比，金星大氣中水汽很少，密度很高，幾乎沒有O2，但存在極高濃度的二氧化碳，二氧化硫的濃度也較高?；鹦谴髿夥浅Ｏ”?，其密度僅為實際地球大氣的0.5％，火星大氣的主要成分也是二氧化碳，氧氣和氮氣分子幾乎不存在，水汽分子更少，目前尚未探測到含硫氣體的存在。這三顆行星的表面溫度也有極大的差異，金星表面的溫度比地球高400℃以上，而火星則比地球低大約70℃。

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